【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】炭素繊維及びその製造方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維とマトリクス樹脂を含有する炭素繊維強化複合材料に用いられる炭素繊維であって、
官能基（ａ１）及び（ａ２）を有するビニルエステル系重合体（Ａ）と、官能基（ｂ１）及び（ｂ２）を有する化合物（Ｂ）とが、炭素繊維の表面と官能基を介して化学結合してなり、
官能基（ａ１）は炭素繊維表面の官能基（ｘ）と化学結合し、
官能基（ａ２）は官能基（ｂ１）と化学結合し、
官能基（ｂ２）はマトリクス樹脂と反応可能である、
炭素繊維。
【請求項２】
官能基（ａ１）及び（ａ２）がイソシアネート基であり、
官能基（ｂ１）が水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれかであり、
官能基（ｂ２）がエポキシ基である、
請求項１記載の炭素繊維。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の炭素繊維の製造方法であって、
炭素繊維表面の官能基（ｘ）と官能基（ａ１）とを化学結合する工程と、
その後に、官能基（ａ２）と官能基（ｂ１）とを化学結合する工程と、
を有する炭素繊維の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち本発明は、炭素繊維とマトリクス樹脂を含有する炭素繊維強化複合材料に用いられる炭素繊維であって、
官能基（ａ１）及び（ａ２）を有するビニルエステル系重合体（Ａ）と、官能基（ｂ１）及び（ｂ２）を有する化合物（Ｂ）とが、炭素繊維の表面と官能基を介して化学結合してなり、
官能基（ａ１）は炭素繊維表面の官能基（ｘ）と化学結合し、
官能基（ａ２）は官能基（ｂ１）と化学結合し、
官能基（ｂ２）はマトリクス樹脂と反応可能である、
炭素繊維に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また本発明は、上記の炭素繊維の製造方法であって、炭素繊維表面の官能基（ｘ）と官能基（ａ１）とを化学結合する工程と、
その後に、官能基（ａ２）と官能基（ｂ１）とを化学結合する工程と、
を有する炭素繊維の製造方法に関する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の炭素繊維は、炭素繊維とマトリクス樹脂を含有する炭素繊維強化複合材料の炭素繊維材料として好適なものであって、官能基（ａ１）及び（ａ２）を有するビニルエステル系重合体（Ａ）と、官能基（ｂ１）及び（ｂ２）を有する化合物（Ｂ）とが、炭素繊維の表面と官能基を介して化学結合してなることを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
炭素繊維の官能基（ｘ）とビニルエステル系重合体（Ａ）の官能基（ａ１）との反応は、溶媒に溶解あるいは分散・乳化させた重合体（Ａ）を化学結合させる前の炭素繊維表面に接触させることによって行うことができる。より具体的には、例えば、重合体（Ａ）を溶解した溶液を炭素繊維に塗布あるいは含浸等により付着させ、その後、加熱して溶媒を除去するとともに官能基同士を反応させることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
化合物（Ｂ）の官能基（ｂ１）とビニルエステル系重合体（Ａ）の官能基（ａ２）との反応は、必要により溶媒に溶解あるいは分散・乳化させた化合物（Ｂ）を、重合体（Ａ）が化学結合された炭素繊維表面に接触させることによって行うことができる。より具体的には、例えば、化合物（Ｂ）を溶解した溶液を、重合体（Ａ）が化学結合された炭素繊維に塗布あるいは含浸等により付着させ、その後、加熱して溶媒を除去するとともに官能基同士を反応させることができる。あるいは、化合物（Ｂ）が室温で液体である場合は、直接に、重合体（Ａ）が化学結合された炭素繊維に塗布あるいは含浸等により付着させ、その後、加熱して官能基同士を反応させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
ビニルエステル系重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）と炭素繊維の表面との化学結合は、２段階の反応工程を経て行うことが好ましい。すなわち、まず炭素繊維とビニルエステル系重合体（Ａ）とを反応させ、その後、その反応生成物と化合物（Ｂ）とを反応させることが好ましい。その他の表面修飾方法として、重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）を反応させた後に炭素繊維と反応させる方法、重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）と炭素繊維とを一度に反応させる方法をとることも可能である。しかし、マトリクス樹脂と反応する官能基（ｂ２）の所望量をより確実に炭素繊維に導入する観点から、前者の方法、すなわち、炭素繊維とビニルエステル系重合体（Ａ）とを反応させた後に化合物（Ｂ）を反応させる方法が好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
ビニルエステル系重合体（Ａ）と炭素繊維とを接触させて重合体（Ａ）の官能基（ａ１）と炭素繊維の官能基（ｘ）とを反応させることにより、炭素繊維の表面に重合体（Ａ）を化学結合させ、次いで、その炭素繊維に化合物（Ｂ）を接触させて重合体（Ａ）の官能基（ａ２）と化合物（Ｂ）の官能基（ｂ１）とを反応させることにより、炭素繊維表面に、マトリクス樹脂（Ｙ）と反応し得る官能基（ｂ２）を導入することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）を化学結合させた後の炭素繊維に存在する官能基（ｂ２）の量は、一般的な化学分析手法によって定量できる。例えば、官能基（ｂ２）がエポキシ基である場合には、通常のエポキシ樹脂で行なわれているエポキシ滴定により定量することができる。炭素繊維のエポキシ滴定を行なう際には、炭素繊維表面に残留した未反応の化合物（Ｂ）を除去するために、化学結合反応後の炭素繊維を、化合物（Ｂ）を溶解し得る溶媒で十分に洗浄し、乾燥させてから滴定作業を行なうことが好ましい。洗浄後に、官能基（ｂ２）の存在が確認されるということは、重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）の反応物が、炭素繊維表面へ化学結合により導入されていることを示す。なお、炭素繊維表面に存在する、重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）の反応後の化合物を「表面修飾化合物（Ｃ）」と表記する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
また、炭素繊維と重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）を反応させた後は、表面修飾化合物（Ｃ）の分、炭素繊維の質量が増加する。この増加の度合い、すなわち、炭素繊維に含まれる表面修飾化合物（Ｃ）の質量比率Ｒ（％）を下記式で表すことができる。
Ｒ（％）＝１００×（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１
Ｗ１：反応前の炭素繊維の質量
Ｗ２：反応後の炭素繊維の質量
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
炭素繊維表面と重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）との化学結合処理によって、質量比率Ｒが高すぎて表面修飾化合物（Ｃ）の厚みが大きくなりすぎると、複合材料としたときに、表面修飾化合物（Ｃ）を介してマトリクス樹脂から炭素繊維に伝わる応力の伝達に不具合が生じて機械的特性が低下する虞があり好ましくない。逆に、質量比率Ｒが低くすぎて表面修飾化合物（Ｃ）の形成量が少なすぎると、炭素繊維に導入される官能基（ｂ２）の量が少なくなり、複合材料としたときの接着性が乏しくなる虞があり好ましくない。以上の観点から、質量比率Ｒは、０．０１％以上が好ましく、０．０５％以上がより好ましく、一方０．２％以下が好ましく、０．１％以下がより好ましく、０．０９％以下がさらに好ましい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の炭素繊維の具体的な構成を実施例に基づいて説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
〔実施例１〕
重合体（Ａ）と炭素繊維との反応：
ＭＯＩから調製した重合体（重合体（Ａ））の０．１質量％ＭＥＫ溶液を約１０ｇ調製し、その溶液中に、炭素繊維束（パイロフィル（登録商標）ＭＳ４０、三菱レイヨン（株）製、フィラメント数１２，０００本、ストランド弾性率：３４５ＧＰａ）を約０．２ｇ加え、７０℃で１時間反応させた。
重合体（Ａ）と反応させた炭素繊維と化合物（Ｂ）との反応：
グリシドール（化合物（Ｂ））約１０ｇの中に、上記の重合体と反応させた炭素繊維を約０．２ｇ加え、７５℃で２時間反応させた。
得られた炭素繊維は、エポキシ基量が２．５５μｍｏｌ／ｇ、表面修飾化合物（Ｃ）の質量比率Ｒが０．０８％であり、界面せん断強度（τ）は５７．４ＭＰａであった。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
〔比較例１〕
炭素繊維束と重合体（Ａ）と化合物（Ｂ）との化学結合反応を行わなかった以外は実施例１と同様にして評価を行った。
炭素繊維は、エポキシ基量が０μｍｏｌ／ｇ、表面修飾化合物（Ｃ）の質量比率Ｒが０％であり、界面せん断強度（τ）は４０．１ＭＰａであった。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
〔比較例２〕
化合物（Ｂ）との反応を行わなかった以外は実施例１と同様に反応を行い、評価を行った（エポキシ基の導入なし）。
得られた炭素繊維は、エポキシ基量が０μｍｏｌ／ｇ、表面修飾化合物（Ｃ）の質量比率Ｒが０．０６％であり、界面せん断強度（τ）は４１．５ＭＰａであった。